Application d'une méthode simplifiée en vue d'acquérir des références françaises d'émissions de gaz à effet de serre et d'ammoniac en bâtiments bovin laitier pour des conduites d'élevage contrastées

Texte intégral

(1)Application d’une méthode simplifiée en vue d’acquérir des références françaises d’émissions de gaz à effet de serre et d’ammoniac en bâtiments bovin laitier pour des conduites d’élevage contrastées Charlène Javon. To cite this version: Charlène Javon. Application d’une méthode simplifiée en vue d’acquérir des références françaises d’émissions de gaz à effet de serre et d’ammoniac en bâtiments bovin laitier pour des conduites d’élevage contrastées. Sciences agricoles. 2012. �dumas-00801807�. HAL Id: dumas-00801807 https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-00801807 Submitted on 18 Mar 2013. HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés..

(2) AGROCAMPUS OUEST. INSTITUT DE l’ÉLEVAGE. CFR Rennes. Antenne Rennes - Le Rheu. 65 rue Saint-Brieuc CS 84215. La Motte au Vicomte BP 35104. 35042 Rennes CEDEX. 35651 Le Rheu CEDEX. Mémoire de fin d’études. Diplôme d’Ingénieur de l’Institut Supérieur des Sciences Agronomiques, Agroalimentaires, Horticoles et du Paysage Année Universitaire : 2011-2012 Spécialisation ou option : Ingénierie Zootechnique. Application d’une Méthode Simplifiée en vue d’acquérir des références françaises d’émissions de gaz à effet de serre et d’ammoniac en bâtiments bovin laitier pour des conduites d’élevage contrastées. Par : Charlène JAVON. Volet à renseigner par l’enseignant responsable de l’option/spécialisation. Bon pour dépôt (version définitive) □. OU son représentant Date : …./…./…. Signature :. Devant le Jury :. Autorisation de diffusion : Oui □ Non □. Soutenu à Rennes le 20/09/2012. Sous la présidence de : Maître de stage : Alicia CHARPIOT Enseignant référent : Catherine DISENHAUS Autres membres du jury (Nom, Qualité) : Bertrand MÉDA, Rapporteur « Les analyses et les conclusions de ce travail d’étudiant n’engagent que la responsabilité de son auteur et non celle d’AGROCAMPUS OUEST ».

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(4) Fiche de diffusion du mémoire (1). A remplir par l’auteur avec le maître de stage.. Aucune confidentialité ne sera prise en compte si la durée n’en est pas précisée.. Préciser les limites de la confidentialité . (2). :. Confidentialité absolue :. oui. non. 5 ans. 10 ans. (ni consultation, ni prêt) Si oui . 1 an. A l’issue de la période de confidentialité ou si le mémoire n’est pas confidentiel,. merci de renseigner les éléments suivants : Référence bibliographique diffusable(3) :. oui. non. Résumé diffusable :. oui. non. Mémoire consultable sur place :. oui. non. Reproduction autorisée du mémoire :. oui. non. Prêt autorisé du mémoire :. oui. non. ……………………………………………. oui. Diffusion de la version numérique :. non. (1). Si oui, l’auteur complète l’autorisation suivante : Je soussigné(e) , propriétaire des droits de reproduction dudit résumé, autorise toutes les sources bibliographiques à le signaler et le publier. Date :. Signature :. Rennes/Angers, le (1). Le maître de stage(4),. L’auteur ,. L’enseignant référent,. (1) auteur = étudiant qui réalise son mémoire de fin d’études (2) L’administration, les enseignants et les différents services de documentation d’AGROCAMPUS OUEST s’engagent à respecter cette confidentialité. (3) La référence bibliographique (= Nom de l’auteur, titre du mémoire, année de soutenance, diplôme, spécialité et spécialisation/Option)) sera signalée dans les bases de données documentaires sans le résumé. (4) Signature et cachet de l’organisme..

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(6) REMERCIEMENTS. Je souhaite tout d’abord remercier Alicia CHARPIOT, mon maître de stage, pour m’avoir accueilli au sein de l’Institut de l’Elevage et avoir su me guider et me conseiller dans les missions qui m’étaient confiées.. Merci à Jean-Baptiste DOLLÉ, chef du service Bâtiment-Environnement de l’institut de l’élevage, pour le suivi de mon travail. Je remercie également Paul ROBIN (UMR SAS INRA/Agrocampus-Ouest) et Nadège EDOUARD (UMR PEGASE INRA/AgrocampusOuest) pour l’intérêt qu’ils ont porté à ce travail et leurs précieux conseils sur la méthodologie étudiée.. Je remercie également les personnes de l’Institut de l’élevage qui m’ont aidé sur divers points : Jacques CAPDEVILLE, pour ses recommandations concernant la typologie des élevages, Marion FERRAND pour sa précieuse aide en statistiques et Jocelyne BEAULIEU et Sarah DAUPHIN pour l’organisation logistique.. Merci à Sophie TIRARD, Pauline DEFRANCE et Isabelle SICOT, conseillers bâtiment des chambres départementales et régionales d’agriculture qui m’ont permis de réaliser les suivis dans les exploitations enquêtées.. Je n’oublie pas de remercier les éleveurs chez qui j’ai effectué les mesures pour leur bon accueil et l’ouverture dont ils ont fait preuve concernant mon travail. J’ai beaucoup appris durant cette période terrain à leurs côtés.. Un dernier grand merci à l’équipe de l’Institut de l’élevage du Rheu pour le cadre de travail chaleureux et la bonne humeur qu’elle m’a offert tout au long de mon stage..

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(8) Glossaire Acidification : accumulation de gaz acides dans l’atmosphère qui vont acidifier l’eau de pluie. Dénitrification : transformation par les bactéries de l’azote minéral en azote atmosphérique ou en oxyde nitreux inutilisable par les plantes. Conditions d’anoxie nécessaires. Eutrophisation : apport en excès de substances nutritives (azote, phosphore) dans un milieu aquatique pouvant entraîner la prolifération de végétaux aquatiques non désirés. Facteur d’émission : dans le domaine de la pollution de l'air, un facteur d'émission est un coefficient multiplicateur qui permet d’estimer la quantité de polluant émise du fait d'une activité humaine. Il facilite le calcul des flux d'émission de certains polluants, dont la mesure directe est considérée comme longue ou complexe. Fermentation entérique : transformation / décomposition de la matière organique sous l’action de microorganismes dans le milieu intestinal et digestif, en anaérobie. Fumier de raclage : il est constitué de déjections comportant peu de litière. Il a une consistance semi-solide qui ne permet de l'entasser que sur une faible hauteur. Il laisse s'écouler des quantités importantes de purin. Fumier pailleux ou compact : il se compose de déjections solides mêlées avec la litière. Sa consistance est compacte, ce qui permet de l'entasser. Il ne laisse s'écouler que des quantités très réduites de purin. Lisier : mélange des déjections liquides et solides des animaux sans ou avec très peu de litière. La collecte peut se faire par gravité avec des préfosses situées sous les aires d'exercice et des canalisations vers la fosse, ou bien par raclage mécanique vers une fosse de stockage spécifique. Nitrification : transformation par les bactéries de l’azote ammoniacale en azote nitrique. Réchauffement climatique : augmentation de la température moyenne à la surface de la Terre qui est due à l’accumulation dans les couches basses de l’atmosphère de gaz à effet de serre rejetés par les activités humaines. Volatilisation : Transformation d’un liquide ou d’un solide en gaz.

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(10) Liste des abréviations ρi = masse volumique de l’air ADEME = Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie ADL = Acid Detergent Lignin, lignine dosée par la méthode de Van Soest C = Carbone C-CH4 = Carbone sous forme de méthane C-CO2 = Carbone sous forme de dioxyde de carbone Cgaz,ext = Concentration extérieure de gaz Cgaz,int = Concentration intérieure de gaz CH4 = Méthane CO2 = Dioxyde de carbone CAR = Coefficient d’Absorption Réelle CASDAR = Compte d'Affectation Spéciale Développement Agricole et Rural CITEPA = Centre Interprofessionnel Technique d'Etudes de la Pollution Atmosphérique Conc = Concentré COV = Composé Organique Volatile EC-CH4 = Emissions de carbone sous forme de méthane EC-CO2 = Emissions de carbone sous forme de dioxyde de carbone EN-N2O = Emissions d’azote sous forme de protoxyde d’azote EN-NH3 = Emissions d’azote sous forme d’ammoniac EE = Extrait Ethéré EM = Energie métabolisable EM2B = Émissions de gaz à effet de serre et d’ammoniac en Bâtiment Bovin lait (projet) Fourr = Fourrage GES = Gaz à Effet de Serre GMQ = Gain Moyen Quotidien GPV = Gain de Poids Vif H2O = Eau Iact = Indice d’activité ICPE = Installations Classées pour la Protection de l’Environnement IED = Industrial Emission Directive IPCC = Intergovernmental Panel on Climate Change K2O = Potassium LAC = Litière Accumulée avec couloir Caillebottis LAF = Litière Accumulée avec couloir raclé Fumier LAL = Litière Accumulée avec couloir raclé Lisier LF = Logettes avec couloir raclé Fumier LL = Logettes avec couloir raclé Lisier LLH = Logettes avec couloir Lisier Hydrocurage MAGES = Mesures d’Atténuation des émissions de Gaz à Effet de Serre en élevage bovin lait et viande MAND = Matières Azotées Non Digestibles.

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(12) MAT = Matières Azotées Totales MM = Matières Minérales MO = Matière Organique MOFing = Matière Organique Fermentescible ingérée MOND = Matière Organique Non Digestible MS = Matière Sèche MSI = Matière Sèche Ingérée N = Azote N- N2O = Azote sous forme de protoxyde d’azote N-NH3 = azote sous forme d’ammoniac N2 = Diazote N2O = Protoxyde d’azote NEC = National Emission Ceilings Nurée = Azote uréique Nnu = Azote non uréique NH3 = Ammoniac Pasb = Phosphore absorbable P2O5 = Phosphore Pertes C = les pertes en carbone Pertes N = les pertes en azote PDI = Protéines Digestibles dans l’Intestin PDIAing = Protéines Digestibles dans l’Intestin d’origine Alimentaire ingérées PDIEing = Protéines Digestibles dans l’Intestin d’origine Endogène ingérées PL = Production Laitière PP = Prairie Permanente PPF = Pente Paillée couloir raclé Fumier PT = Prairie Temporaire PV = Poids Vif PVnai = Poids Vif du veau à la naissance Q = Production de chaleur Qair = Débit d’air SAU = Surface Agricole Utile SemG = Semaine de gestation (stade de gestation en semaines) SFP = Surface Fourragère Principale SG = Stade de Gestation SO2 = Dioxyde de Soufre TB = Taux Butyrique TP = Taux Protéique UFL = Unité Fourragère Laitière UGB = Unité Gros Bovin VL = Vache Laitière.

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(14) Liste des figures Figure 1 : Inventaire des principaux postes d'émissions de gaz à effet de serre et d'ammoniac au sein d'un système d'élevage Figure 2 : Principe du processus de volatilisation de l'ammoniac Figure 3 : Le rôle des activités agricoles dans les émissions mondiales de gaz à effet de serre (WRI, 2005) Figure 4 : Rôle du secteur agricole dans les émissions nationales de dioxyde de carbone, de méthane, de protoxyde d'azote et d'ammoniac (CITEPA, 2012 ; chiffres de 2010) Figure 5 : Représentation de l'effet vent et de l'effet cheminée sur un bâtiment bovin à ventilation naturelle (Brachet, 2007) Figure 6 : Ordres de grandeur des émissions de C-CH4 dues à la fermentation entérique obtenues dans la littérature Figure 7 : Synthèse bibliographique des émissions de C-CH4 mesurées en bâtiment à ventilation naturelle pour vaches laitières : répartition selon le système de gestion des déjections Figure 8 : Synthèse bibliographique des émissions de N-NH3 mesurées en bâtiment à ventilation naturelle pour vaches laitières : répartition selon le système de gestion des déjections Figure 9 : Inventaire des principaux paramètres influençant les émissions de gaz en bâtiment pour bovins laitiers Figure 10 : Effectifs de vaches laitières par département en 2005 (légende à droite) et secteurs de répartition des modes de logement des vaches laitières par région (adapté de Brachet, 2007 ; Dollé et Duyck, 2007) Figure 11 : Répartition des types de déjections en pourcentage par région pour des ateliers vaches laitières (adapté de Brachet, 2007 : réalisé à partir de AGRESTE, 2006 et de la circulaire DEPSE, 2001) Figure 12 : Schéma du montage du matériel de prélèvement avec la chambre à vide et la pompe à air (Brachet A., 2007) Figure 13 : Prélèvement d'un échantillon d'air à l'extérieur du bâtiment Figure 14 : Prélèvement d'un échantillon d'air à l'intérieur du bâtiment Figure 15 :Thermo-hygromètre utilisé pour mesurer la température et l'humidité relative à l'intérieur et l'extérieur du bâtiment Figure 16 : Sac TEDLAR® branché sur l'entrée d'air de l'analyseur de gaz INNOVA 1412® Figure 17 : Bilan entrées/sorties à l'échelle du bâtiment des vaches laitières Figure 18 : Exemple d'un choix de répartition des différents types de déjections dans un bâtiment avec litière accumulée et couloir raclé fumier Figure 19 : Bilan des entrées et sorties des principaux éléments chez la vache laitière (Maxin G., 2006) Figure 20 : Schéma de sélection des paramètres influençant les émissions de CO2, CH4 et NH3 qui seront testés.

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(16) Figure 21 : Légende explicative des boites à moustaches Figure 22 : Emissions de C-CO2 calculées en fonction du temps de présence des vaches laitières et du mode de logement Figure 23 : Emissions de C-CH4 en fonction du temps de présence de vaches laitières et du mode de logement Figure 24 : Emissions de N-NH3 en fonction du temps de présence des vaches laitières et du mode de logement Figure 25 : Effet du mode de logement et de la fréquence de raclage sur les émissions de NNH3 dans les bâtiments en système "logettes" en période hivernale. Figure 27 : Ecarts entre les émissions de C-CO2 et C-CH4 de la méthode simplifiée et de celles obtenus à partir du modèle de Maxin-INRA (2006) en fonction des modes de logement des vaches laitières Figure 26 : Effet de la température d'une solution d'ammoniac sur la concentration en ammoniac gazeux de l'air en équilibre pour deux valeurs de pH et deux concentrations de la solution (CORPEN, 2001) Figure 28 : Comparaison des émissions de C-CH4 obtenues à celles rencontrées dans la bibliographie : répartition selon la méthodologie utilisée et le système de gestion de déjections Figure 29 : Comparaison des émissions de N-NH3 obtenues à celles rencontrées dans la bibliographie : répartition selon la méthodologie utilisée et le système de gestion des déjections Figure 30 : Comparaison des rapports de gradients de concentrations C-CO2/N-NH3 entre 2011 (ancienne configuration de l'analyseur) et 2012 (nouvelle configuration de l'analyseur) dans des élevages enquêtés les deux années Figure 31 : Graphique représentant la comparaison des pertes en carbone selon l'année de mesure (2011 et 2012) et la méthode de bilan de masse utilisée. Liste des tableaux Tableau 1 :Inventaire des différentes méthodes de quantification du débit d'air et des concentrations gazeuses en bâtiment d'élevage Tableau 2 : Résultats d'émissions de gaz à effet de serre et d'ammoniac en fonction de la saison et du mode de logement obtenus en bâtiment bovin laitier avec la méthode simplifiée (Brachet, 2007 et Chambaut et al., 2011) Tableau 3 : Pourcentage des données brutes de chaque gaz non retenues pour l’analyse statistique Tableau 4 : Récapitulatif des rapports Sorties/Entrées du bâtiment pour les éléments Carbone, Azote, Phosphore, Potassium et Eau Tableau 5 : Pourcentage d'azote contenu dans les déjections qui est volatilisé sous forme de N-NH3 au bâtiment : étude de l’influence du temps de présence des vaches laitières par jour et du mode de logement.

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(18) Liste des annexes Annexe I : Les grands axes du contexte réglementaire international, européen et national concernant des émissions de gaz à effet de serre et d’ammoniac ............................................... I Annexe II : Descriptif des techniques de quantification des émissions de gaz à effet de serre et d’ammoniac en bâtiment d'élevage bovin ................................................................................. II Annexe III : Descriptif des techniques de quantification des émissions de gaz à effet de serre et d’ammoniac en bâtiment d'élevage bovin ...........................................................................VII Annexe IV : Descriptif des différents modes de logement des bâtiments bovins ................. VIII Annexe V : Trois conceptions de bâtiments bovins : bâtiment fermé sur les 4 côtés (en haut), bâtiment ouvert sur un côté (au milieu) et bâtiment ouvert sur un côté avec un filet brise-vent (en bas) ...................................................................................................................................... X Annexe VI : Fiche mémo-technique du matériel et du principe des mesures effectuées en élevage ...................................................................................................................................... XI Annexe VII : Questionnaire destiné aux éleveurs sur les caractéristiques du bâtiment, la conduite d'élevage et la gestion des effluents........................................................................ XIV Annexe VIII : Détail du fonctionnement de l'analyseur INNOVA 1412 et récapitulatif de la configuration sélectionnée pour l'étude ................................................................................. XXI Annexe IX : Descriptif des tests statistiques et de logiques utilisés sur les gradients de concentrations de gaz ........................................................................................................... XXII Annexe X : Références de quantités et de compositions des effluents de bovin lait et choix des répartitions des types de déjections en fonction du mode de logement ............................ XXIII Annexe XI : Références de taux de paillage en fonction du mode de logement des vaches laitières ............................................................................................................................... XXIV Annexe XII : Détail des bilans entrée/sortie des éléments carbone, azote, eau et minéraux chez la vache laitière.................................................................................................................... XXV Annexe XIII : Protocole pour la mesure de la température des litières par l’éleveur ....... XXXII Annexe XIV : Evaluation de la méthode simplifiée : comparaison aux différentes méthodologies de quantification des émissions gazeuses rencontrées dans la bibliographie et étude de la variabilité intra-méthodes……………………………………………….......XXXIII.

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(20) Table des matières Remerciements Glossaire Liste des abréviations Liste des figures Liste des tableaux Liste des annexes Introduction .............................................................................................................................. 1 I. Contexte et Intérêt de l’étude .............................................................................................. 2 I.1. Une préoccupation grandissante autour des polluants atmosphériques ..................... 2 I.1.1. Origine agricole et impact des principaux polluants atmosphériques ............ 2 I.1.2. Le rôle de l’agriculture et de l’élevage sur les émissions de gaz ................... 2 I.1.3. Un contexte réglementaire dynamique........................................................... 3 I.1.4. Une évolution de la réglementation pour les élevages bovins français ......... 3 I.2. Les méthodes de quantification des émissions en bâtiment ....................................... 3 I.3. Premiers résultats d’émissions en bâtiment et incertitude sur les données ................ 4 I.3.1. Une grande variabilité des résultats d’émissions ........................................... 4 I.3.2. Les premières valeurs de la méthode simplifiée en élevage bovin ................ 5 I.3.3. Une multitude de facteurs influençant les émissions de gaz .......................... 6 I.4. Intérêt et objectif de l’étude........................................................................................ 6 II. Matériel et Méthodes .......................................................................................................... 7 II.1. Descriptif de l’échantillon d’exploitations ................................................................ 7 II.1.1. Typologie des élevages bovins laitiers du Grand-Ouest............................... 7 II.1.2. Taille de l’échantillon et périodes de mesures .............................................. 8 II.2. Protocole des mesures en élevage ............................................................................. 8 II.2.1. Les prélèvements d’échantillons d’air .......................................................... 8 II.2.2. Les mesures et informations complémentaires ............................................. 9.

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(22) II.2.3. Les analyses des échantillons d’air ............................................................... 9 II.3. Méthodologie pour le traitement des données ........................................................ 10 II.3.1. Validation des données obtenues ................................................................ 10 II.3.2. Les bilans de masse à l’échelle du bâtiment et de l’animal ........................ 10 II.3.3. Le calcul des émissions de gaz ................................................................... 11 II.3.4. L’étude des facteurs d’influence potentiels sur les émissions .................... 11 III. Résultats ........................................................................................................................... 12 III.1. Des émissions de carbone principalement liées aux animaux ............................... 12 III.2. Des émissions d’ammoniac davantage sensibles au mode de logement ............... 13 III.3. Vérification des résultats d’émissions obtenus ...................................................... 14 III.3.1. Comparaison des émissions calculées avec la méthode simplifiée aux émissions calculées à partir du modèle Maxin-INRA .............................................................. 14 III.3.2. Étude des bilans de masse des éléments C, N, P, K et H2O ...................... 14 IV. Discussions ........................................................................................................................ 16 IV.1. Analyse des résultats d’émissions obtenus ............................................................ 16 IV.2. Analyse de la méthodologie .................................................................................. 17 IV.2.1 Une méthodologie affinée par rapport aux études précédentes.................. 17 IV.2.2. Les limites de la méthode simplifiée ......................................................... 18 IV.2.3. Confrontation aux autres méthodologies de quantification des émissions de gaz en bâtiment .................................................................................................................... 19 Conclusion ............................................................................................................................... 20 Références bibliographiques .................................................................................................... 21 Annexes .................................................................................................................................... 26.

(23) Figure 1 : Inventaire des principaux postes d'émissions de gaz à effet de serre et d'ammoniac au sein d'un système d'élevage.

(24) Introduction Les activités humaines ont un impact sur notre environnement à différents niveaux : l’atmosphère et la qualité de l’air, la qualité de l’eau et des sols et enfin la consommation d’énergie. Actuellement, les pollutions atmosphériques sont une préoccupation mondiale et d’un point de vue réglementaire, la France s’est engagée à maîtriser voire diminuer ses émissions de polluants vers l’air. Le secteur agricole et plus particulièrement l’élevage est concerné pour leur rôle parfois majeur dans les émissions des gaz à effet de serre (GES) et d’ammoniac (NH3). Suite à l’évolution de la réglementation française et à la ratification de protocoles internationaux (Kyoto en 1997 ; Göteborg en 1999), des projets de recherche et développement ont été initiés en vue de réduire ces émissions gazeuses en élevage. Pour atteindre les objectifs fixés, il est nécessaire de pouvoir quantifier ces émissions de polluants atmosphériques pour un système donné (Figure 1). Les mesures d’émissions gazeuses s’insèrent dans une démarche plus globale d’évaluation environnementale à l’échelle d’une exploitation ou d’un territoire. Au sein d’un élevage, il est possible de mesurer des émissions gazeuses pour un segment particulier (bâtiment, stockage, etc.). Jusqu’à présent, les méthodes mises en œuvre pour mesurer les GES en bâtiment étaient lourdes, coûteuses et difficiles à mettre en œuvre face à la diversité des systèmes de production à l’échelle mondiale, en particulier pour les bâtiments à ventilation naturelle. Par conséquent, les résultats obtenus dans la littérature étrangère sont parfois difficilement adaptables à certains systèmes de production français qui n’ont pas encore fait l’objet de mesure. En 2006, une équipe de recherche a développé une méthode dite « simplifiée » de mesures d’émissions gazeuses qui serait applicable dans des bâtiments à ventilation naturelle, largement représentés dans les élevages bovins laitiers français. Contrairement aux autres méthodes, cette dernière se base sur des prélèvements ponctuels des concentrations gazeuses et un bilan des pertes en carbone à l’échelle du bâtiment. Cette méthode semble par conséquent plus adaptée à des mesures répétées dans différents systèmes de production. La méthode simplifiée a été choisie dans le cadre du premier axe de travail du projet EM2B (EMissions d’ammoniac et de gaz à effet de serre en Bâtiments Bovins laitiers : effets croisés du mode de logement et de l’alimentation azotée) financé par l’ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie). L’objectif principal de cette étude est d’améliorer les connaissances sur les émissions gazeuses du poste bâtiment en conditions représentatives des systèmes de production français. L’application de la méthode simplifiée sur des systèmes contrastés (lisier vs. fumier, régimes plus ou moins riches en azote) vise aussi à déterminer l’influence du type de logement, des pratiques en bâtiment et des pratiques d’alimentation sur les émissions gazeuses. Ces mesures seront complétées par une enquête sur les pratiques en bâtiment, que ce soit pour la conduite d’élevage et la gestion des effluents, qui peuvent être des facteurs de variation non négligeables pour le calcul des émissions gazeuses. La première partie de ce rapport permettra de replacer ce projet dans le contexte actuel des problématiques environnementales en élevage. Les objectifs de cette étude y seront précisés. Une seconde partie portera sur le déroulement de cette étude, de la construction du protocole aux résultats d’émissions obtenus avec la méthode simplifiée. Une dernière partie ouvrira la discussion sur les résultats obtenus, l’applicabilité de la méthode utilisée et les pistes d’amélioration.. 1.

(25) Figure 2 : Principe du processus de volatilisation de l'ammoniac (adapté de Dollé et Capdeville, 2000). Figure 3 : Le rôle des activités agricoles dans les émissions mondiales de gaz à effet de serre (WRI, 2005).

(26) I. Contexte et Intérêt de l’étude I.1. Une préoccupation grandissante autour des polluants atmosphériques I.1.1. Origine agricole et impact des principaux polluants atmosphériques Les principaux gaz à effet de serre émis par le secteur agricole sont le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et le protoxyde d’azote (N2O). Ces gaz absorbent le rayonnement infrarouge réémis à la surface de la Terre contribuant à l’effet de serre. L’augmentation de la concentration de ces gaz dans l’atmosphère participe à l’accélération du réchauffement climatique. Le CO2 émis par la respiration des animaux n’est pas considéré comme un GES dans le Protocole de Kyoto, sachant que ces émissions sont intégrées dans un cycle biologique rapide. Les autres sources d’émissions de CO2 sont principalement les machines agricoles consommant des combustibles fossiles. En ce qui concerne le CH4, ce sont les écosystèmes biologiques des milieux anaérobies qui sont les principaux émetteurs (exemple : les rizières, la fermentation entérique). La source majeure d’émissions en élevage laitier est la fermentation entérique (67%) devant la gestion des déjections (31%). Enfin, la majeure partie du protoxyde d’azote (N2O) provient des cultures et des sols où il est produit par l’alternance des conditions favorables à la nitrification et à la dénitrification. Les apports azotés organiques et minéraux accentuent les émissions de N2O. En élevage, le N2O est principalement émis au stockage et à l’épandage des déjections (8%), mais aussi par les déjections des animaux au champ (IPCC, 1996). L’ammoniac (NH3), est un polluant atmosphérique qui contribue à l’acidification et l’eutrophisation des milieux. À forte concentration, il peut aussi porter atteinte à la santé des hommes et des animaux en irritant les yeux, la gorge et les muqueuses (Dolle et Capdeville, 2000). Indirectement, l’ammoniac contribue également à la formation de particules fines affectant l’appareil respiratoire. A l’échelle de la vache laitière, le taux de valorisation de l’azote (Nfixé / Ningéré) varie entre 20 et 35% (Peyraud et al., 2012). L’azote qui n’est pas retenu pour les processus physiologiques est excrété à hauteur de 80% dans les urines et le reste dans les fèces. L’azote minéral qui est excrété sous forme d’urée dans les urines se retrouve en présence d’une enzyme fécale, l’uréase, responsable de la transformation de l’urée en ammonium, susceptible de se volatiliser (Monteny et Erisman, 1998). Le processus de volatilisation de l’ammoniac (Figure 2) correspond au transfert de l’ammoniac liquide à l’ammoniac gazeux dans l’air. Cette réaction est dépendante de la quantité d’azote urinaire, du pH et de la température l’air (Peyraud et al., 2012). L’ammoniac n’est pas considéré comme un GES. Néanmoins, il agit indirectement sur leurs émissions : lors de son dépôt sur les sols, les réactions de nitrification sont accrues, entraînant l’augmentation des émissions de N2O (1% du NH3 déposé, CORPEN, 2007). I.1.2. Le rôle de l’agriculture et de l’élevage sur les émissions de gaz À l’échelle mondiale, le secteur agricole est responsable de 15% des émissions de GES. Les plus émis par les activités agricoles sont le N2O (46%) et le CH4 (45%). La part des émissions de CO2 liée à la combustion d’énergie fossile pour les activités agricoles est plus faible (9%). Les deux sources les plus importantes sont le travail du sol (N2O) et la fermentation entérique (CH4) qui représentent à eux deux 67% des émissions des GES provenant des activités agricoles (Figure 3). 2.

(27) Figure 4 : Rôle du secteur agricole dans les émissions nationales de dioxyde de carbone, de méthane, de protoxyde d'azote et d'ammoniac (CITEPA, 2012 ; chiffres de 2010). Tableau 1 :Inventaire des différentes méthodes de quantification du débit d'air et des concentrations gazeuses en bâtiment d'élevage. ρi = volume massique de l’air. Egaz = Qair * ρi * (Cgaz,int – Cgaz,ext) Mesure du débit d’air Mesure directe. - Débimètre. Mesure indirecte. - Bilan de masse. - Anémomètre - Différentiel de pression (uniquement en ventilation dynamique). - Suivi d’un gaz traceur (SF6) - Bilan de production de chaleur (CIGR) - Modèle statistique. Mesure des concentrations de gaz Méthodes de prélèvement - Mesure continue : Capteurs actifs/passifs Chambre de mesure (statique ou dynamique) Prélèvements d’échantillons d’air à intervalles de temps réguliers Barbotage de l’ammoniac dans une solution d’acide - Mesure ponctuelle : mesure simplifiée (chambre à vide, pompe à air et sac TEDLAR®) Tubes réactifs Dräger® associées à une pompe de détection ou boitier de programmation => analyse simultanée. Méthodes d’analyse. - Chromatographie en phase gazeuse - Spectrophotométrie : à transformation de Fourier (FTIR) à mobilité ionique photo-acoustique à infrarouge - Convertisseur de NH3 en Nox et analyseur de Nox (spécifique à l’azote) - Dosage d’une quantité d’ammoniac contenue dans une solution acide (barbotage).

(28) À l’échelle nationale, le CITEPA (Centre Interprofessionnel Technique d’Études de la pollution Atmosphérique) se charge de réaliser des inventaires des émissions de polluants atmosphériques en France. Ces inventaires permettent d’estimer le poids du secteur agricole dans les émissions françaises de polluants atmosphériques (Figure 4). I.1.3. Un contexte réglementaire dynamique La France s’est engagée à l’échelle européenne et internationale, pour tenter de maintenir, voire de réduire ses émissions de GES (Annexe I). Pour atteindre les objectifs de réduction fixés par le Protocole de Kyoto (-20% d’émissions en 2020 et -50% en 2050 par rapport à 1990), la France a mis en place en 2000 un Programme de Lutte Nationale contre le Changement Climatique (Haccala, 2004). Ce plan reste assez vague concernant les émissions du secteur agricole du fait d’un manque de données. Cependant, l’agriculture fut davantage concernée par le Plan Climat (2004) qui a précisé le programme précédent sur certains points : la maîtrise des fertilisants azotés, la diminution des intrants, la valorisation du biogaz et des produits issus de la biomasse. Les prochaines actions qui devront être mises en œuvre pour limiter les émissions sont décrites dans le Plan Climat actualisé en 2010 qui intègre les mesures du Grenelle de l’Environnement pour la période allant jusqu’à 2020. En ce qui concerne l’ammoniac, plusieurs directives européennes (IED, NEC, etc. Annexe I) ont été mises en place pour répondre aux objectifs de plafonds d’émission fixés par le Protocole de Göteborg à l’échelle internationale. Ces directives sont traduites en droit français pour établir des programmes de réduction des émissions de polluants atmosphériques. Ces mesures sont prises dans le cadre d’amélioration de la qualité de l’air. I.1.4. Une évolution de la réglementation pour les élevages bovins français Actuellement, les GES ne sont pas concernés par des mesures précises de déclaration et/ou de réduction des émissions à l’échelle de l’exploitation. Les seules mesures soumises à réglementation concernent l’ammoniac. Par exemple, les élevages de grande taille de porcs ou volailles sont soumis à déclaration de leurs émissions annuelles d’ammoniac dans le cadre de la directive européenne IED (Industrial Emission Directive). L’intégration des grands élevages de bovins est envisagée, bien qu’ils ne soient pas affectés à l’heure actuelle. En France, les ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement) constituent une autre classification des activités polluantes de certains élevages. Suite au Décret n° 2011-842 du 15 juillet 2011 modifiant la nomenclature des installations classées, les élevages de 50 à 150 vaches laitières sont soumis à déclaration et ceux de plus de 150 vaches laitières à autorisation. Les ICPE sont notamment soumises à des réglementations sur le bruit, la proximité du voisinage et la gestion des déjections, mais il n’est mentionné aucun plafond d’émissions gazeuses pour ces élevages. Cependant, pour pouvoir formuler des réglementations sur les émissions gazeuses, il est nécessaire d’acquérir des références d’émissions aux différents postes d’un système d’élevage considéré. I.2. Les méthodes de quantification des émissions en bâtiment Les deux principales méthodes utilisées nécessitent la mesure des concentrations de gaz étudiés (CO2, CH4, NH3, N2O) et peuvent être utilisées dans des bâtiments à ventilation naturelle (Tableau 1). 3.

(29) Figure 5 : Représentation de l'effet vent et de l'effet cheminée sur un bâtiment bât bovin à ventilation naturelle na (Brachet, 2007). Figure 6 : Ordres de grandeur des émissions de C-CH4 dues à la fermentation entérique obtenues dans la littérature (variabilité des performances et des rations entre les études). Figure 7 : Synthèse bibliographique des de émissions de C-CH4 mesurées en bâtiment à ventilation naturelle pour vaches laitières : répartition selon le système de gestion des déjections.

(30) La première méthode de calcul implique de connaître le débit d’air et les concentrations de gaz : Egaz = Qair * ρi * (Cgaz,int – Cgaz,ext) Avec (les unités sont données pour le CO2 à titre d’exemple) : Egaz : émission du gaz mesuré (gC-CO2/h) Qair : débit d’air sortant du bâtiment (m3/h) ρi : volume massique de l’air sortant du bâtiment (kg air sec/m3) Cgaz,int : concentration en gaz à l’intérieur du bâtiment (gC-CO2/kg air sec) Cgaz,ext : concentration en gaz à l’extérieur du bâtiment (gC-CO2/kg air sec). Dans les bâtiments à ventilation naturelle, il est difficile d’estimer directement la ventilation sachant que les flux entrants et sortants sont mélangés et que ces derniers résultent de l’effet vent et de l’effet cheminée (Figure 5, Capdeville et Tillie, 1995). Par conséquent, de nouvelles méthodologies ont été développées ces dernières années pour évaluer les émissions dans ce type de bâtiment. Ces méthodes permettent de réaliser une mesure indirecte de la ventilation (Annexe II). Cependant, elles sont généralement lourdes et coûteuses et ne permettent pas de répéter un grand nombre de fois les mesures des émissions (ADEME, 2010). La deuxième méthode de calcul dite de « mesure simplifiée » se base sur les rapports de gradients de concentrations en gaz et les bilans de masse à l’échelle des animaux et du bâtiment. Cette méthode a pour avantage de s’affranchir du calcul du débit d’air. Elle a été choisie pour effectuer les mesures d’émissions de gaz dans ce projet et sera davantage détaillée dans la partie Matériel et Méthodes (II.2.). I.3. Premiers résultats d’émissions en bâtiment et incertitude sur les données I.3.1. Une grande variabilité des résultats d’émissions Même si les mesures en bâtiment ne facilitent pas la distinction sur l’origine des émissions, il est toutefois envisageable de distinguer les deux sources d’émissions que sont l’animal et ses déjections (Dolle et Robin, 2006). En élevage bovin laitier, les pertes de carbone sous forme de CO2 et CH4 sont majoritairement dues à l’animal, de l’ordre de 85-90% (Hindrichsen et al., 2005). De nombreuses études se focalisent sur la production de méthane entérique qui est le poste le plus important des émissions nationales provenant de l’élevage (67%). Selon des études réalisées en chambre respiratoire, les vaches laitières éructeraient de 187 à 632 g de C-CH4/VL/j (Figure 6). À l’échelle du bâtiment, ces valeurs d’émissions sont généralement inférieures à celle obtenues en chambre respiratoire du fait de la dilution des gaz émis et de la difficulté à les mesurer. En effet, Groot Koerkamp et Uenk (1997) ont estimé ne mesurer que 24% des gaz émis en bâtiment. Dans une majorité des études ayant fait des mesures dans des bâtiments à ventilation naturelle, les émissions sont de l’ordre de 4 à 890 g C-CH4/VL/j en système « logettes » (Figure 7). Les mesures faites en système « litière accumulée » sont moins nombreuses et plus variables. Les valeurs très élevées de Mosquera et al. (2006) sont sûrement due à la faible fréquence de curage de la litière accumulée (1 fois/an) qui génère une litière de plus d’un mètre d’épaisseur avec une zone anaérobie importante et productrice de CH4. La gestion des déjections est le second poste le plus émetteur des émissions de CH4 et représente 31% des émissions nationales liées à l’élevage (Dolle et Robin, 2006). En effet, 4.

(31) Figure 8 : Synthèse bibliographique des émissions de N-NH N 3 mesurées en bâtiment à ventilation ntilation naturelle pour vaches laitières : répartition selon le système de gestion des déjections. Tableau 2 : Résultats ésultats d'émissions de gaz à effet de serre et d'ammoniac en fonction de la saison et du mode de logement obtenus en bâtiment bovin laitier avec la méthode simplifiée (Brachet, 2007 et Chambaut et al., 2011) Emission moyenne** en g/VL/jour Saison. Mode de logement Aire paillée – Fumier. Source. Nombre d’observations. C-CO2. C-CH4. N-NH3. N-N2O. Brachet 2007 Brachet,. n = 14. 9271. 828. 48. 2.2. Chambaut et al., 2011. **. 8496. 804. 19.2. 1.4. Brachet 2007 Brachet,. n = 13. 3715. 382. 50. 2.9. Chambaut et al., 2011. **. 2260. 237. 3.7. 0.4. Brachet 2007 Brachet,. n = 13. 4249. 379. 22. 0,99. Brachet 2007 Brachet,. n=9. 1702. 174. 23. 1,32. HIVER Logettes Lisier. ETE*. Aire paillée – Fumier Logettes Lisier. * Brachet, 2007 : Le temps emps moyen de stabulation en période estivale de cette étude de est estimé à 11h/jour (mais varie beaucoup d’une région à une autre). ** Chambaut et al., 2011 : Essais à Mirecourt (exploitation laitière en polyculture-élevage élevage et conversion à l’agriculture biologique) au cours des hivers 2009-10 10 et 2010-11 2010 : 18 journées de prélèvements (120 prélèvements élémentaires) dont 13 dates correspondant à des situations de plein hiver (novembre à mars)..

(32) lorsque les effluents sont stockés en bâtiment, ils représentent une source supplémentaire d’émission. Les conditions anaérobies sont propices à la production de méthane qui est de l’ordre de 240 g C-CH4/VL/jour dans une fosse à lisier sous caillebottis (Sneath et al., 1997) et de 891 g C-CH4/VL/jour dans un fumier de litière accumulée (Groenestein et al., 1994). En ce qui concerne les émissions azotées, la part de l’azote ammoniacal émis par la fermentation entérique varierait de 5,8 à 10,7 g N-NH3/VL/jour (Hartung et al., 1997). En effet, les pertes d’azote sous forme de NH3 sont majoritairement associées à la dispersion des déjections sur les aires de vie des animaux. La part de l’azote émise dans les bâtiments représente entre 50% et 100% du total excrété selon la part de pâturage (Peyraud et al., 2012) et le poste bâtiment représente près de 35% des pertes en NH3 de l’exploitation (CITEPA, 2010). Les études menées sur les émissions d’ammoniac en bâtiment (Figure 8) montrent qu’il existe une variabilité importante intra mode de logement et qu’en moyenne les systèmes lisier (couloir raclé ou caillebottis) présenteraient des émissions globalement plus élevées que les systèmes fumier avec une litière accumulée. I.3.2. Les premières valeurs de la méthode simplifiée en élevage bovin La méthode simplifiée adaptée de la méthode des ratios de concentration de Paillat et al. (2005) a déjà fait l’objet d’une étude d’évaluation (Brachet, 2007 ; Hassouna et al., 2010). Les résultats de ce travail montrent qu’il est difficile de corréler les modes de logement et les émissions gazeuses du fait de la diversité des pratiques de l’éleveur pour un même mode de logement. Cependant, certaines tendances ont été mises en évidence : que ce soit en période hivernale ou estivale, les émissions de C-CO2 et C-CH4 sont accrues dans les bâtiments présentant une litière accumulée non curée par rapport aux autres bâtiments (Tableau 2). Les résultats d’émissions carbonées obtenus dans l’étude de Chambaut et al. (2011) sont en accord avec ceux de Brachet (2007). Les valeurs d’émissions par mode de logement sont plus faibles mais restent du même ordre de grandeur. Par conséquent, la méthode simplifiée étaierait les hypothèses de contribution des fermentations des litières accumulées aux émissions de CO2 et CH4. Les émissions de N-NH3 semblent aussi sensibles au mode de logement mais les résultats obtenus dans les deux études qui ont utilisé la méthode simplifiée sont très variables. Chambaut et al. (2011) trouvent des émissions de N-NH3 beaucoup plus faibles que ceux obtenus par Brachet (2007), de l’ordre de -60% en système litière accumulée et de -90% en système logettes (Tableau 2). En outre, les émissions d’ammoniac accrues dans les systèmes « logettes lisier » qui sont rencontrées dans la littérature ne sont pas observées dans ces deux études. Sachant que les propriétés physico-chimiques de l’ammoniac le rendent plus difficile à mesurer, des essais complémentaires avec la méthode simplifiée sont nécessaires. Quant aux émissions de N-N2O, obtenir un gradient est plus difficile puisque ce gaz est présent en très faible quantité et que le taux de renouvellement de l’air est trop élevé pour observer un gradient. L’évaluation de la méthode montre que les résultats sont cohérents avec ceux rencontrés dans la bibliographie, cependant la variabilité des résultats observée nécessite des mesures complémentaires. Les valeurs d’émission obtenues dans ces études ont tout de même permis de mettre en évidence l’influence de certains facteurs. Ainsi, l’impact du temps de stabulation, de la structure du bâtiment, du type de déjection produit et des pratiques associées en bâtiment feront l’objet des hypothèses de l’étude actuelle.. 5.

(33) Figure 9 : Inventaire des principaux paramètres influençant les émissions de gaz en bâtiment pour bovins laitiers.

(34) I.3.3. Une multitude de facteurs influençant les émissions de gaz Malgré les incertitudes des mesures effectuées dans des bâtiments à ventilation naturelle, les travaux réalisés s’accordent sur l’influence de plusieurs facteurs sur les émissions de GES et de NH3 (Figure 9) : - l’état physiologique et la conduite alimentaire des animaux présents dans le bâtiment, - Le type de déjection produit, en lien avec la conception des bâtiments (système lisier vs. système fumier) et la gestion des effluents, - Le schéma de conception des bâtiments (semi-ouvert ou non) qui peut influencer la ventilation et le débit d’air, - Les conditions climatiques (température, vents) liées à la situation des exploitations. I.4. Intérêt et objectif de l’étude Pour pouvoir alimenter les bases de données qui servent au calcul des émissions globales d’un système d’élevage, il faut obtenir des données sur chaque segment du système. Au vu du faible nombre de données françaises sur les émissions de gaz en bâtiment bovin laitier, les facteurs d’émissions de la bibliographie internationale sont appliqués par défaut aux élevages français. Néanmoins, les résultats obtenus dans les pays étrangers ne sont pas toujours facilement transposables au cas français. En effet, les études étrangères sur les émissions en bâtiment bovin sont généralement réalisées sur des systèmes caillebottis, très peu répandus en France (5%, Agreste, 2006) et dans des bâtiments à ventilation dynamique à faible débit (500 m3/VL/heure contre 1000 m3/VL/heure en ventilation statique) aussi très peu rencontrés en France. Dans le cadre de l’engagement de la France dans les protocoles internationaux, il faudrait pouvoir fournir des inventaires d’émissions caractéristiques des systèmes de production français. En 2004, le Plan Climat reconnaît les manques sur les connaissances environnementales concernant le secteur agricole et met en avant la nécessité de développer « le potentiel français d’évaluation, de recherche et d’expertise sur le thème de l’agriculture et de l’effet de serre ». Les méthodes de quantification actuelles sont souvent peu adaptées à la diversité des systèmes de production, en particulier pour les bâtiments à ventilation naturelle. Pour y répondre, des travaux ont été menés pour mettre au point une « méthode simplifiée de mesures » facilement reproductible en élevage qui permettrait d’obtenir des données d’émissions françaises. Pour pallier à ce manque de références et compléter les études françaises déjà effectuées, les projets EM2B (financé par l’ADEME) et MAGES (financé par le CASDAR) ont été lancés. Ils se basent sur un partenariat entre l’Institut de l’élevage et les UMR SAS et PEGASE (INRA Rennes - Agrocampus-Ouest). Ces travaux ont pour objectifs d’acquérir des connaissances nouvelles sur les méthodes de mesures d’émissions gazeuses en bâtiment bovin et d’estimer le rôle de l’alimentation et du mode de conduite du troupeau sur les rejets azotés et de GES. In fine cela permettrait de proposer des plans d’action permettant de réduire les émissions gazeuses. L’étude présentée ici s’inscrit dans les premiers axes de travail de ces projets. Son intérêt est de pouvoir obtenir des références françaises en termes d’émissions émises en bâtiment pour des conduites d’élevage contrastées. Cette étude vise à appliquer la méthode simplifiée sur différents modes de logement et pratiques d’élevage (alimentation, gestion des effluents, etc.). Ainsi, ces travaux pourraient aider à déterminer de nouveaux facteurs d’émissions à l’échelle du bâtiment pour différents modes de logement caractéristiques des élevages bovin lait français. D’autre part, les résultats pourront contribuer à l’identification de certaines pratiques faiblement émettrices. 6.

(35) Figure 10 : Effectifs de vaches laitières par département en 2005 (légende (légend à droite) et secteurs de répartition des modes de logement des vaches laitières par région (adapté de Brachet, 2007 ; Dollé et Duyck, 2007). Figure 11 : Répartition des types de déjections en pourcentage par région pour des ateliers vaches laitières (adapté de Brachet, 2007 : réalisé à partir de AGRESTE, 2006 et de la circulaire DEPSE, 2001).

(36) II. Matériel et Méthodes La méthode de quantification des émissions choisie est « la méthode simplifiée ». Elle se base sur : - les rapports de gradients de concentrations des différents gaz calculés à partir des prélèvements d’air effectués dans les élevages. - les bilans de masse à l’échelle du bâtiment calculés à partir des données collectées auprès de l’éleveur et de références. II.1. Descriptif de l’échantillon d’exploitations II.1.1. Typologie des élevages bovins laitiers du Grand-Ouest Les exploitations sélectionnées pour réaliser les mesures se situent dans les régions possédant les plus grands pourcentages du troupeau laitier français en 2004, soit la Bretagne (19%), les Pays de la Loire (13%) et la Basse Normandie (11%) (Figure 10, Dolle et Duyck, 2007). Dans ces régions, l’aire paillée avec un couloir raclé fumier se situe au premier rang en termes de capacité d’élevage (plus d’1/3 des bâtiments) avec en moyenne 55 places par bâtiment. Le système logettes avec couloir raclé fumier est aussi répandu dans ces régions fortes productrices de lait. Au vu de cette typologie, les modes de logement qui feront l’objet de mesures sont (Annexe IV) : Présence d’une litière accumulée Absence de litière accumulée. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7). Litière accumulée avec un couloir fumier raclé (LAF) Litière accumulée avec un couloir lisier raclé (LAL) Litière accumulée avec un couloir caillebottis (LAC) Pente paillée fumier (PPF) Logettes fumier (LF) Logettes lisier (LL) Logettes lisier avec système d’hydrocurage (LLH). Pour chaque mode de logement, il existe deux types de conception des bâtiments (Annexe V) : certains bâtiments sont fermés sur les quatre côtés alors que d’autres sont ouverts sur un côté (bâtiments semi-ouverts). Les bâtiments semi-ouverts représentent la moitié des bâtiments qui ont fait l’objet de mesures. Ces bâtiments sont parfois munis d’un filet brise-vent sur la face ouverte au vent. De manière générale, le type de déjection le plus rencontré est le fumier, compact ou très compact pour les aires paillées accumulées et mou pour les couloirs raclés (Figure 11). La production de fumier mou peut être importante dans certaines régions, avec par exemple près de 42% en pays de la Loire. Parallèlement, la proportion de production de lisier n’est pas très importante avec environ 20% des places disponibles pour les vaches laitières à l’échelle nationale (Brachet, 2007). Pour pouvoir faciliter l’interprétation des résultats, certains critères doivent être fixes d’un élevage à un autre. Par conséquent, les bâtiments sélectionnés pour les mesures doivent répondre à plusieurs critères : - Le bâtiment doit abriter une majorité de vaches laitières en stabulation permanente ou partielle et n’être pourvu que d’un seul type de logement pour les vaches laitières. - Les vaches laitières doivent êtres présentes dans le bâtiment au moment des mesures et si possible a minima 2h avant la mesure en période de pâturage.. 7.

(37) Figure 12 : Schéma du montage du matériel de prélèvement avec la chambre à vide et la pompe à air (Brachet A., 2007). Figure 13 : Prélèvement d'un échantillon d'air à l'extérieur du bâtiment. Figure 14 : Prélèvement d'un échantillon d'air à l'intérieur du bâtiment.

(38) II.1.2. Taille de l’échantillon et périodes de mesures Au total, 22 exploitations laitières ont fait l’objet de mesures d’émissions de gaz, dont 3 fermes expérimentales spécialisées bovin lait (Trévarez, Derval et La Blanche Maison). La majorité des fermes commerciales appartiennent au réseau d’éleveurs européen Dairyman, associant entre autres l’Institut de l’élevage et les chambres d’agriculture de Bretagne, Pays de la Loire et Nord Pas de Calais. Des mesures ont aussi été réalisées dans une ferme expérimentale spécialisée bovin viande (Thorigné d’Anjou) dans le cadre d’un projet annexe. Deux séries de mesures ont été effectuées pour cette étude. La première série de mesures s’est déroulée principalement de mi-février à fin mars 2012 sur l’ensemble des exploitations de l’échantillon. À cette période et au vu des conditions climatiques favorables, certains troupeaux sortaient déjà partiellement au pâturage, mais passaient la nuit dans la stabulation alors que d’autres étaient toujours en stabulation permanente. La deuxième série de mesures s’étendait de début mai à la mi-juin au sein des mêmes exploitations. Au cours de cette période, les vaches laitières étaient dehors la journée et la nuit : elles ne passaient dans le bâtiment qu’au moment de la traite. Cela réduit considérablement le temps passé au bâtiment (en moyenne 5 heures par jour) et modifie la fonction de ce dernier puisque dans certains cas la partie couchage était vidée et non accessible aux vaches laitières. Afin de limiter les variations liées uniquement à l’exploitation, les mesures ont été effectuées dans au moins 10 exploitations présentant une litière accumulée et 10 exploitations en système « logettes ». Pour chaque période de mesures : - une seule mesure est réalisée dans les fermes commerciales. - trois mesures sont effectuées pour les fermes expérimentales spécialisées bovin lait afin de réaliser des répétitions de la méthode dans des fermes où les données collectées sont censées être plus accessibles et plus précises (notamment sur l’alimentation). II.2. Protocole des mesures en élevage Une fiche mémo-technique rassemblant les informations sur le matériel et le déroulement d’une journée de mesure/enquête en élevage est disponible dans l’Annexe VI. II.2.1. Les prélèvements d’échantillons d’air Deux échantillons d’air sont réalisés dans les exploitations, l’un représentatif de l’extérieur du bâtiment et l’autre de l’intérieur. Un prélèvement d’air d’une durée minimale de 15 minutes doit être effectué à l’aide d’une chambre à vide, d’une pompe à air à faible débit et d’un sac TEDLAR®, étanche et conçu pour les prélèvements de gaz. Le sac TEDLAR® est contenu dans la chambre à vide facilement transportable dans laquelle le vide est réalisé grâce à la pompe à air (Figure 12). Le sac se remplit d’air par dépression via l’entrée d’air fixé sur un bâton à 2m. Au vu des coûts du matériel de prélèvement (sacs et tuyaux), les sacs sont réutilisés d’une exploitation à une autre. Deux sacs différents sont utilisés sur une exploitation et ils sont ensuite rincés avec de l’air moins chargé en gaz par l’intermédiaire d’une petite pompe à air d’aquarium. Le prélèvement d’air extérieur (Figure 13) s’effectue en circulant si possible tout autour du bâtiment, à une distance de 5 à 10 mètres en évitant au mieux les zones d’émissions susceptibles d’être un biais (fumière, fosse, engin agricole en fonctionnement, autres bâtiments émetteurs, etc.). Quant au prélèvement intérieur (Figure 14), il se fait en circulant dans le sens de la longueur dans les différentes parties du bâtiment où les vaches laitières sont 8.

(39) Figure 15 :Thermo-hygromètre utilisé pour mesurer la température et l'humidité relative à l'intérieur et l'extérieur du bâtiment. Figure 16 : Sac TEDLAR® branché sur l'entrée d'air de l'analyseur de gaz INNOVA 1412®.

(40) présentes au moment de la mesure, en essayant d’être le plus représentatif des surfaces souillées (40% des déjections sur l’aire de couchage et 60% sur l’aire d’alimentation pour les bâtiments de vaches laitières). Malgré toutes les précautions prises, le parcours au sein du bâtiment n’est pas toujours une pratique aisée (les vaches peuvent être agitées ou mal réparties dans le bâtiment, un raclage automatique en cours, etc.), c’est pourquoi il est important de noter les incidents ou phénomènes intervenus pendant la mesure pour l'interprétation des résultats. Le moment du prélèvement doit être réfléchi en fonction de plusieurs critères (phase d’alimentation, conditions climatiques). En effet, il est préférable d’intervenir en milieu de journée dans la mesure du possible, pour s’éloigner des phases d’alimentation. Ainsi, la mesure devrait être opérée environ 4h après la distribution matinale afin de se soustraire de l’effet de l’alimentation sur les émissions de CH4 et de NH3. En période de pâturage, la mesure en bâtiment doit se faire lors de la présence des animaux au minimum 2h après leur entrée dans le bâtiment. À cette période, il est nécessaire de faire un compromis puisque les vaches passent peu de temps en bâtiment donc ce n’est pas compatible avec la première condition. II.2.2. Les mesures et informations complémentaires Pour pouvoir interpréter l’évolution des concentrations en fonction du climat, il est nécessaire de connaitre la température et l’hygrométrie à l’intérieur et à l’extérieur du bâtiment au moment où sont effectuées les mesures. Deux thermo-hygromètres (Figure 15) sont placés dans des zones représentatives de l’ambiance intérieure et extérieure (pas en plein soleil, pas dans des zones de courants d’air) le temps de faire les prélèvements d’air. D’autre part, les conditions climatiques doivent être observées le jour des mesures. Lors des jours de vents forts, les mesures devront être évitées, puisque les fortes circulations d’air dans le bâtiment ont une influence directe sur les gradients de concentration de gaz. Des échantillons de fumier et lisier ont été prélevés dans certains bâtiments pour comparer les compositions aux références choisies pour effectuer les calculs. Pour le fumier, on réalise un échantillon composite en prélevant à plusieurs endroits dans le bâtiment du fait de l’hétérogénéité des déjections. Pour compléter les mesures effectuées en élevage et faciliter l’interprétation des résultats, un questionnaire « éleveur » a été établi (Annexe VII). Il se découpe en plusieurs parties : la première rassemble des informations générales pour situer l’exploitation dans la typologie (SAU, nombre et catégories d’animaux) ; une seconde partie concerne le bâtiment où sont effectuées les mesures et son environnement (surfaces d’aire de vie, matériaux, orientation du bâtiment par rapport au vent et au stockage des déjections); enfin la troisième partie rassemble les informations aidant au calcul des bilans de masse (taux de paillage, quantité et composition du lait, stade de lactation moyen, poids moyen des vaches, composition de la ration alimentaire). II.2.3. Les analyses des échantillons d’air Pour obtenir les mesures de concentrations en gaz après le prélèvement, le sac TEDLAR® est branché sur l’entrée d’air d’un analyseur de gaz (INNOVA® 1412). L’analyseur de gaz employé est un spectromètre photo-acoustique à infrarouges capable de doser plusieurs gaz simultanément (Figure 16). Le principe de fonctionnement de l’appareil et la configuration choisie sont détaillés dans l’Annexe VIII. L’analyseur n’est pas transporté sur 9.

(41) Tableau 3 : Pourcentage des données brutes de chaque gaz non retenues pour l’analyse statistique Gaz étudié. % de données brutes non retenues. C-CO2 C-CH4 N-NH3 N-N2O. 8,2 8,2 26,5 67,3. Figure 17 : Bilan entrées/sorties à l'échelle du bâtiment des vaches laitières (Brachet A., 2007). Figure 18 : Exemple d'un choix de répartition des différents types de déjections dans un bâtiment avec litière accumulée et couloir raclé fumier. 60% sous forme de Fumier Mou au niveau du couloir raclé. 40% sous forme de Fumier très compact au niveau de la litière accumulée.